礦物摻合料對預拌砂漿性能的影響研究

段瑞斌 顧建文 王洪飛

預拌砂漿又稱濕拌砂漿，是指在專業生產廠家將水泥、細集料、外加劑和水以及根據性能要求確定的各種組分，按一定比例在攪拌站經計量、拌制后，采用攪拌運輸車運至使用地點，放入專用容器儲存，并在規定時間內使用完畢的濕拌拌合物［1］，具有和易性好、質量穩定、施工速度快、環保等優點，適用于砌筑、抹灰、地面等各類砂漿，是商品砂漿的主要形式，有著很大的市場潛力。

以工業廢渣為主的礦物摻合料摻入砂漿中，不僅可以節約能源和資源，減輕環境負荷，更重要的是它們能起到降低水化熱、提高耐硫酸鹽侵蝕能力、抑制堿—集料反應、改善耐久性等作用，滿足綠色建材的發展方向和要求。

1 試驗

1.1 原材料

1)水泥：采用重慶市小南海水泥廠生產的南海牌42.5級普通硅酸鹽水泥，其性能指標見表1。2)集料：人工砂與天然砂按一定比例混合，粒徑小于2.5 mm，細度模數為2.2。3)粉煤灰：重慶珞璜電廠生產的Ⅱ級粉煤灰，其基本性能指標見表2。4)礦渣：重慶拉法基水泥廠生產的S95級礦渣粉，比表面積為470 m2/kg;活性指標：7 d為80%，28 d為97%。5)水：自來水。

表1 水泥的基本性能

表2 粉煤灰的基本性能 %

1.2 測試方法

工作性能按JGJ/T 70-2009建筑砂漿基本性能試驗方法標準進行測試。

1.3 試驗配合比

試驗中選取粉煤灰和礦渣作為摻合料部分替代水泥，采用單摻和雙摻兩種方式，在對預拌砂漿砂混合比、灰集比和水膠比大量試驗研究的基礎上，選取如表3所示的配合比作為試驗基準配合比。

表3 預拌砂漿基準配合比 kg/m3

2 試驗結果及分析

2.1 粉煤灰對預拌砂漿工作性的影響

以粉煤灰部分替代水泥，選取0%～60%之間的九個摻量進行試驗，對砂漿的初始稠度和30 min，60 min的稠度進行測試，結果如圖1所示。

從圖1中可以看出，單摻粉煤灰的砂漿初始稠度值和30 min，60 min稠度值的走勢曲線基本一致，與凈水泥漿稠度值相比均有增大。粉煤灰替代水泥量在20%以下時，砂漿初始稠度無明顯變化。當摻量超過20%時，砂漿稠度增大較快，摻量在25%，30%，40%時，初始稠度值分別增大了3.3%，6.7%，13.3%;30 min稠度值分別增大了9.8%，12.2%，20.7%;60 min稠度值分別增大了10.5%，14.5%，22.4%。可以看出，在這一摻量范圍內，粉煤灰顯著增大了砂漿初始稠度，且明顯改善了砂漿稠度經時損失，可以說增大了砂漿流動性，并改善了砂漿保持工作性的能力。當粉煤灰摻量大于40%時，砂漿稠度趨于穩定，對工作性改善作用與40%的相比無明顯提高。

粉煤灰顆粒多呈球形，粒徑細小，表面較光滑，這種球形小顆粒通稱微珠，能產生“粉煤灰形態效應”，摻入砂漿后能夠起到類似滾珠軸承的作用，另外粒子表面因吸附而出現的雙電層結構加強了潤滑作用;光滑球形粒子在砂漿中起到潤滑、滾珠作用，可改善混凝土的和易性，減少用水量，改善拌合物漿體的流變性。

2.2 礦渣對預拌砂漿工作性的影響

試驗同樣選取了0%～60%之間的九個摻量以礦渣部分替代水泥對砂漿的初始稠度和30 min，60 min的稠度進行測試，結果如圖2所示。

從試驗結果中可以看出礦渣替代水泥量在25%以下時，砂漿稠度穩中有降，0%，10%，15%三種摻量的砂漿稠度隨摻量的增加而降低，15%時達到最低;當摻量為15%，20%，25%時，砂漿的稠度隨摻量的增加而升高，25%時達到最大。摻量大于25%時，稠度均比未摻加礦渣的大，但不是連續增大，如摻量30%，50%時的砂漿稠度就小于25%。這是由于礦渣形狀不規則，屬于多角形狀，不具備粉煤灰的滾珠效應，所以當摻量過高時，會使砂漿的流動度下降，同時引起砂漿較為嚴重的泌水現象。由于顆粒形態原因，摻加礦渣的砂漿在流動性和保水性方面較摻加粉煤灰的性能要差的多。

2.3 雙摻粉煤灰和礦渣對預拌砂漿工作性的影響

試驗選取粉煤灰和礦渣以30%，50%雙摻替代水泥，然后在替代量中調節粉煤灰和礦渣的比例。從圖1～圖3可以看出，當單摻粉煤灰和礦渣以30%替代時的初始稠度分別是96 mm和90 mm，而粉煤灰和礦渣雙摻時的稠度在82 mm～94 mm之間變化，且隨著粉煤灰摻量的增加而不斷增大。當單摻粉煤灰和礦渣以50%替代時，初始稠度分別是100 mm和93 mm，而粉煤灰和礦渣雙摻時砂漿稠度在92 mm～100 mm之間變化，同樣是隨著粉煤灰摻量的增加砂漿的稠度穩中有升。

粉煤灰和礦渣混合雙摻能改善水泥砂漿的流變性能，其作用機理主要是形態效應和填充分散作用［2］。礦物摻合料填充在水泥粒子之間，由于其表面光滑，降低了粒子之間的摩擦。玻璃態材料填充于水泥粒子之間，使水泥顆粒的絮凝結構和顆粒擴散使內部結構降低粘度，同時原來絮凝結構中的水被釋放出來，使漿液進一步稀化。另外，玻璃態混合材料填充于水泥顆粒之間，使漿液的體積增大，因而顯著增加了潤滑作用，改善了流變性。礦渣粉球形度稍差于粉煤灰，但優于水泥顆粒，替代部分水泥摻入砂漿中，除了其形態效應外，早期與水反應較慢，可減少這部分水化反應水，而且礦渣粉顆粒填充于水泥顆粒之間，亦減少了顆粒空隙用水，因而可提高拌和物的流動性。由于礦渣表面致密光滑，不容易吸附水分子，在漿體中容易產生光滑的滑動面，從而改善其流動性，但易引起泌水增加;而粉煤灰則不易引起泌水，因而兩種材料復合能使泌水、離析現象得到改善，使性能上的優勢互補。

3 結語

1)粉煤灰單摻0%～60%的情況下，隨著摻量的增大，砂漿稠度逐漸增大，保持工作性能力有所增強。2)礦渣單摻0%～60%情況下，隨摻量增大，稠度有所增大，但幅度比同摻量的粉煤灰小，保持工作性能力亦有所增強，但摻量大時出現泌水情況。3)粉煤灰和礦渣復摻，可以改善砂漿的流變性能，改善泌水離析現象;同時還具有復合增強效果，使兩種礦物摻合料性能上的優勢得以互補。

［1］ JG/T 230-2007，中華人民共和國建筑工業行業標準［S］.

［2］ 王 沖，蒲心誠.超細礦物摻合料對新拌混凝土的增塑減水機理分析［J］.混凝土，2001(8)：51-54.

［3］ 楊華全，覃理利.摻礦渣微粉和粉煤灰的水泥膠砂性能試驗研究［J］.長江科學院院報，2001(7)：21-24.